CN108977895B - 一种利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可再生资源应用技术领域，具体涉及一种利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，所述的方法包括如下步骤：（1）对玉米苞叶进行预处理，得到预处理的玉米苞叶；（2）对步骤（1）中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，得到酶处理的玉米苞叶纤维；（3）对步骤（2）中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，干燥即可。本发明以低浓度的氢氧化钠、碳酸钠和多聚磷酸钠混合水溶液对玉米苞叶进行预处理，使玉米苞叶发生润胀作用，增加纤维的毛细效应，促进后续步骤中生物酶液的渗透作用，对纤维损伤小，有利于获得强度高纤维；利用生物酶有效分解玉米苞叶中的胶杂质，避免对纤维造成损伤；生物酶可以分解掉绝大部分木质素，所获得的纤维更加柔软。

Description

一种利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法
技术领域
本发明属于可再生资源应用技术领域，具体涉及一种利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法。
背景技术
玉米是我国的主要粮食作物，种植面积为2449.83万公顷，在粮食作物中居第三位。我国玉米苞叶资源丰富，每公顷玉米约可收获玉米苞叶600公斤。玉米苞叶通常被抛弃或焚烧，既造成资源浪费，又造成了一系列的环境问题。目前玉米苞叶的利用主要是编织工艺品，由于需求量小，并未得以推广。有效利用玉米苞叶对缓解我国资源和环境压力，促进经济可持续性发展具有重要意义。玉米苞叶纤维为天然的纤维素纤维，具有吸湿散热快、透气性好、无静电等优良的特性，可作为抱枕、玩具、座垫、座椅的填充物，也可经后处理加工为具有可纺性能的纤维。
玉米苞叶与麻类等相比较，其纤维素含量低(约为35-45％)、胶杂质含量高、结晶度低、纤维粗硬，因此，麻类纤维的制备方法并不能够应用于玉米苞叶。农作物副产物提取纤维的主要有小麦和棉秸秆，如：《一种蒸汽闪爆与漆酶联合处理制备棉秆皮纤》(公开号CN104047062A)需要高温高压蒸汽闪爆处理、《用于复合材料的小麦秸秆纤维性能及制备工艺》(潘刚伟，侯秀良，朱澍等)和《棉秸秆提取天然纤维素纤维的工艺及其纤维形态结构》(李龙，赵领航)需要高浓度的化学试剂处理；制备玉米皮纤维的专利如：《玉米皮纤维的制造方法》(公开号CN1088273A)采用的是高浓度化学试剂，长时间蒸煮，所得纤维可用于填充物；《玉米苞叶纤维的纺纱前处理方法》(CN 105155044A)经过两次高浓度化学试剂处理，纤维强度损失较大。常规的采用化学试剂制备玉米苞叶纤维的方法对纤维损伤大，所得纤维的强度低，纤维脆硬，柔软性差。
发明内容
为了解决采用化学试剂制备玉米苞叶纤维的方法对纤维损伤大，所得纤维的强度低，纤维脆硬，柔软性差的问题，本发明公开了一种利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，所制备的玉米苞叶纤维强度高、柔软性好。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，所述的方法包括如下步骤：
(1)对玉米苞叶进行预处理，得到预处理的玉米苞叶；
(2)对步骤(1)中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，得到酶处理的玉米苞叶纤维；
(3)对步骤(2)中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，干燥即可。
作为优选，上述步骤(1)具体为：挑选无霉变的玉米苞叶，清洗，对洗净的玉米苞叶进行预处理，浴比为1:50(kg/L)，氢氧化钠的浓度为0.3-0.8wt％，碳酸钠的浓度为0.5-1.2wt％，多聚磷酸钠的浓度为0.5-1.0wt％，处理温度为85-100℃，处理时间为15-25min，用水将处理后的玉米苞叶冲洗干净。
作为优选，上述氢氧化钠的浓度为0.5wt％，碳酸钠的浓度为1.0wt％，多聚磷酸钠的浓度为1.0wt％。
作为优选，上述处理温度为90℃。
作为优选，上述步骤(2)具体为：对步骤(1)中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，浴比为1:50(kg/L)，生物酶的浓度为0.5-0.8wt％，pH为4.6-5.4，处理温度为45-55℃，处理时间为5-6h，用水将处理后的玉米苞叶纤维冲洗干净，干燥。
作为优选，上述生物酶的浓度为0.8wt％。
作为优选，上述生物酶是漆酶、木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶中的一种或几种。
作为优选，上述生物酶是漆酶。
作为优选，上述步骤(3)具体为：对步骤(2)中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，浴比为1:20(kg/L)，氨基硅油浓度为4-6wt％，处理温度40℃，处理时间60min，然后将柔软处理后的玉米苞叶纤维干燥即可。
作为优选，上述氨基硅油浓度为6wt％。
本发明具有如下的有益效果：(1)本发明首先以低浓度的氢氧化钠、碳酸钠和多聚磷酸钠混合水溶液对玉米苞叶进行预处理，可以使玉米苞叶发生润胀作用，从而增加纤维的毛细效应，促进后续步骤中生物酶液的渗透作用，从而用生物酶处理玉米苞叶时，利于玉米苞叶吸收更多的酶液，使生物酶可以分解掉绝大部分木质素，使处理后的玉米苞叶纤维残胶率为20.30％以下，所获得的纤维更加柔软；(2)与常规方法相比较，本发明所采用的氢氧化钠、碳酸钠和多聚磷酸钠浓度都非常低，对纤维损伤小，有利于获得强度高的纤维；(3)本发明利用生物酶制备玉米苞叶纤维，主要利用生物酶的降解作用有效分解玉米苞叶中的胶杂质，利用生物酶对玉米苞叶纤维中的木质素进行水解，避免对纤维造成损伤，所获得的纤维断裂强度达到16.82cN/tex以上，细度为23.81tex以下；(4)本发明用生物酶处理玉米苞叶还是一种环境友好的做法。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明挑选无霉变的玉米苞叶，清除玉米苞叶上的尘土杂物，清除玉米皮上的尘土的方式优选为水洗。本发明中对水洗的方式无特殊限定，采用本领域的常规水洗方式即可。本发明实施例中采用流水冲洗3～5min。
本发明步骤(1)中所用的氢氧化钠、碳酸钠、多聚磷酸钠的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可。本发明实施例中的上述原料为天津市科密欧化学试剂有限公司生产。
本发明步骤(2)中所用的漆酶来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可。本发明实施例中的漆酶购自山东苏柯汉生物工程股份有限公司，酶活力为2000U/g；木质素过氧化物酶购自上海超研生物科技有限公司，酶活力为100U/g；锰过氧化物酶购自合肥博美生物科技有限责任公司，酶活力为100U/g。
本发明步骤(3)中所用的柔软剂氨基硅油来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可。本发明实施例中的氨基硅油为硅油-A670，购自常州市安创纺织助剂有限公司。
本发明中，所述浴比为玉米苞叶的质量和处理液的体积比。
实施例1
(1)挑选无霉变的玉米苞叶，清洗，对洗净的玉米苞叶进行预处理，浴比为1:50(kg/L)，氢氧化钠的浓度为0.3wt％，碳酸钠的浓度为0.5wt％，多聚磷酸钠的浓度为0.5wt％，处理温度为100℃，处理时间为20min，用水将处理后的玉米苞叶冲洗干净；
(2)对步骤(1)中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，浴比为1:50(kg/L)，漆酶的浓度为0.5wt％，pH为4.6，处理温度为45℃，处理时间为5h，用水将处理后的玉米苞叶纤维冲洗干净，干燥；
(3)对步骤(2)中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，浴比为1:20(kg/L)，氨基硅油浓度为6wt％，处理温度40℃，处理时间60min，然后将柔软处理后的玉米苞叶纤维干燥即可。
实施例2
(1)挑选无霉变的玉米苞叶，清洗，对洗净的玉米苞叶进行预处理，浴比为1:50(kg/L)，氢氧化钠的浓度为0.3wt％，碳酸钠的浓度为0.5wt％，多聚磷酸钠的浓度为1wt％，处理温度为90℃，处理时间为25min，用水将处理后的玉米苞叶冲洗干净；
(2)对步骤(1)中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，浴比为1:50(kg/L)，漆酶的浓度为0.5wt％，pH为5.0，处理温度为50℃，处理时间为6h，用水将处理后的玉米苞叶纤维冲洗干净，60℃干燥；
(3)对步骤(2)中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，浴比为1:20(kg/L)，氨基硅油浓度为4wt％，处理温度40℃，处理时间60min，然后将柔软处理后的玉米苞叶纤维干燥即可。
实施例3
(1)挑选无霉变的玉米苞叶，清洗，对洗净的玉米苞叶进行预处理，浴比为1:50(kg/L)，氢氧化钠的浓度为0.8wt％，碳酸钠的浓度为0.8wt％，多聚磷酸钠的浓度为0.5wt％，处理温度为85℃，处理时间为25min，用水将处理后的玉米苞叶冲洗干净；
(2)对步骤(1)中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，浴比为1:50(kg/L)，漆酶的浓度为0.5wt％，pH为5.4，处理温度为55℃，处理时间为5h，用水将处理后的玉米苞叶纤维冲洗干净，60℃干燥；
(3)对步骤(2)中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，浴比为1:20(kg/L)，氨基硅油浓度为6wt％，处理温度40℃，处理时间60min，然后将柔软处理后的玉米苞叶纤维干燥即可。
实施例4
(1)挑选无霉变的玉米苞叶，清洗，对洗净的玉米苞叶进行预处理，浴比为1:50(kg/L)，氢氧化钠的浓度为0.8wt％，碳酸钠的浓度为1.2wt％，多聚磷酸钠的浓度为1wt％，处理温度为90℃，处理时间为15min，用水将处理后的玉米苞叶冲洗干净；
(2)对步骤(1)中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，浴比为1:50(kg/L)，酶(漆酶与木质素过氧化物酶质量比1:1)的浓度为0.8wt％，pH为5.4，处理温度为50℃，处理时间为6h，用水将处理后的玉米苞叶纤维冲洗干净，60℃干燥；
(3)对步骤(2)中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，浴比为1:20(kg/L)，氨基硅油浓度为6wt％，处理温度40℃，处理时间60min，然后将柔软处理后的玉米苞叶纤维干燥即可。
实施例5
(1)挑选无霉变的玉米苞叶，清洗，对洗净的玉米苞叶进行预处理，浴比为1:50(kg/L)，氢氧化钠的浓度为0.5wt％，碳酸钠的浓度为1.2wt％，多聚磷酸钠的浓度为1wt％，处理温度为100℃，处理时间为15min，用水将处理后的玉米苞叶冲洗干净；
(2)对步骤(1)中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，浴比为1:50(kg/L)，漆酶的浓度为0.8wt％，pH为5.0，处理温度为45℃，处理时间为5h，用水将处理后的玉米苞叶纤维冲洗干净，60℃干燥；
(3)对步骤(2)中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，浴比为1:20(kg/L)，氨基硅油浓度为4wt％，处理温度40℃，处理时间60min，然后将柔软处理后的玉米苞叶纤维干燥即可。
实施例6
(1)挑选无霉变的玉米苞叶，清洗，对洗净的玉米苞叶进行预处理，浴比为1:50(kg/L)，氢氧化钠的浓度为0.5wt％，碳酸钠的浓度为1.2wt％，多聚磷酸钠的浓度为0.5wt％，处理温度为90℃，处理时间为20min，用水将处理后的玉米苞叶冲洗干净；
(2)对步骤(1)中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，浴比为1:50(kg/L)，酶(木质素过氧化物酶与锰过氧化物酶质量比1:2)的浓度为0.5wt％，pH为4.6，处理温度为55℃，处理时间为6h，用水将处理后的玉米苞叶纤维冲洗干净，60℃干燥；
(3)对步骤(2)中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，浴比为1:20(kg/L)，氨基硅油浓度为6wt％，处理温度40℃，处理时间60min，然后将柔软处理后的玉米苞叶纤维干燥即可。
实施例7
(1)挑选无霉变的玉米苞叶，清洗，对洗净的玉米苞叶进行预处理，浴比为1:50(kg/L)，氢氧化钠的浓度为0.8wt％，碳酸钠的浓度为0.5wt％，多聚磷酸钠的浓度为1wt％，处理温度为100℃，处理时间为15min，用水将处理后的玉米苞叶冲洗干净；
(2)对步骤(1)中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，浴比为1:50(kg/L)，酶(漆酶、木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶质量比1:2:1)的浓度为0.8wt％，pH为4.6，处理温度为55℃，处理时间为6h，用水将处理后的玉米苞叶纤维冲洗干净，60℃干燥；
(3)对步骤(2)中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，浴比为1:20(kg/L)，氨基硅油浓度为4wt％，处理温度40℃，处理时间60min，然后将柔软处理后的玉米苞叶纤维干燥即可。
对比例1
与实施例1相比，步骤(1)中氢氧化钠的浓度为1.5wt％，其他同实施例1。
对比例2
与实施例1相比，步骤(1)中碳酸钠的浓度为2.0wt％，其他同实施例1。
对比例3
与实施例1相比，步骤(1)中处理温度为75℃，其他同实施例1。
对比例4
与实施例1相比，步骤(1)中预处理时间为35min，其他同实施例1。
对比例5
与实施例1相比，步骤(2)中漆酶的浓度为0.2wt％，其他同实施例1。
对比例6
与实施例1相比，步骤(2)中pH为3.5，其他同实施例1。
采用实施例1-7和对比例1-6中进行处理后的玉米苞叶纤维的残胶率、断裂强度、细度和纤维柔软度具体结果详见表1。
表1实施例1-7和对比例1-6所获得玉米皮纤维的各项性能
残胶率(％) 断裂强度(cN/tex) 细度(tex) 柔软度
实施例1 20.30 19.73 23.81 4
实施例2 18.61 17.97 20.86 4
实施例3 19.14 18.42 21.17 4
实施例4 16.33 16.82 19.04 5
实施例5 16.48 17.61 18.29 5
实施例6 18.02 18.89 20.78 4
实施例7 16.10 18.06 22.41 4
对比例1 17.41 2.63 23.87 3
对比例2 18.02 3.07 22.07 3
对比例3 29.92 — 36.14 2
对比例4 14.01 1.74 21.47 4
对比例5 23.76 23.39 30.54 3
对比例6 22.38 23.81 31.10 3
由表1可以看出，本发明提供的脱胶方法的残胶率为16.10-20.30％，断裂强度为16.82-19.73cN/tex，细度为18.29-23.81tex，柔软度为4-5分，手感柔软光滑。结果表明，本发明提供的方法能够有效的降低残胶率和增强断裂强度，改善细度，提高纤维柔软度。
纤维残胶率测定方法参考《苎麻化学成分定量分析方法(GB5889-86)》，纤维断裂强度测定方法参考《苎麻束纤维断裂强度试验方法(GB 5882-1986)》。玉米苞叶纤维的柔软度感官评价标准见表2。
表2玉米皮纤维柔软度评价标准
Figure BDA0001816738450000061
Figure BDA0001816738450000071
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
（1）对玉米苞叶进行预处理，得到预处理的玉米苞叶；
（2）对步骤（1）中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，得到酶处理的玉米苞叶纤维；
（3）对步骤（2）中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，干燥即可；
所述步骤（1）具体为：挑选无霉变的玉米苞叶，清洗，对洗净的玉米苞叶进行预处理，浴比为1:50 kg/L，氢氧化钠的浓度为0.3-0.8wt%，碳酸钠的浓度为0.5-1.2 wt%，多聚磷酸钠的浓度为0.5-1.0 wt %，处理温度为85-100℃，处理时间为15-25min，用水将处理后的玉米苞叶冲洗干净；
所述步骤（2）具体为：对步骤（1）中预处理的玉米苞叶进行生物酶处理，浴比为1:50kg/L，生物酶的浓度为0.5-0.8wt%，pH为4.6-5.4，处理温度为45-55℃，处理时间为5-6h，用水将处理后的玉米苞叶纤维冲洗干净，干燥。
2.如权利要求1所述的利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，其特征在于，所述氢氧化钠的浓度为0.5wt%，碳酸钠的浓度为1.0 wt %，多聚磷酸钠的浓度为1.0 wt %。
3.如权利要求1所述的利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，其特征在于，所述处理温度为90℃。
4.如权利要求1所述的利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，其特征在于：所述生物酶的浓度为0.8wt%。
5.如权利要求1所述的利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，其特征在于：所述生物酶是漆酶、木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，其特征在于：所述生物酶是漆酶。
7.如权利要求1所述的利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，其特征在于，所述步骤（3）具体为：对步骤（2）中酶处理的玉米苞叶纤维进行柔软处理，浴比为1:20 kg/L，氨基硅油浓度为4-6wt%，处理温度40℃，处理时间60min，然后将柔软处理后的玉米苞叶纤维干燥即可。
8.如权利要求7所述的利用生物酶制备玉米苞叶纤维的方法，其特征在于，所述氨基硅油浓度为6wt%。
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